高中物理教科版选修31第2章 8逻辑电路和控制电路 含答案.docx
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高中物理教科版选修31第2章8逻辑电路和控制电路含答案
8.逻辑电路和控制电路
学习目标
知识脉络
1.初步了解简单的逻辑电路及表示符号．
2．通过实验理解“与”“或”和“非”门电路在逻辑电路中的结果与条件的逻辑关系，会用真值表表示一些简单的逻辑关系．（重点、难点）
3．初步了解集成电路的作用及发展情况.
常见的逻辑电路
1．开关“与”电路
（1）“与”逻辑关系：
一个事件的几个条件都满足后该事件才能发生．
（2）开关“与”电路
图281
（3）真值表
输入
输出
A
B
P
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
2.开关“或”电路
（1）“或”逻辑关系：
一个事件的几个条件中，只要有一个条件得到满足，事件就会发生．
（2）开关“或”电路
图282
（3）真值表
输入
输出
A
B
P
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
3.开关“非”电路
（1）“非”逻辑关系：
输出状态与输入状态相反
（2）开关“非”电路
图283
（3）真值表
输入
输出
A
P
0
1
1
0
1．“与”电路中，只要AB两个输入端有一个是“1”时，输出端就是“1”．（×）
2．“与”电路中，只有AB两个输入端都是“0”时，输出端才是“1”．（×）
3．“非”门电路的逻辑关系是输出状态与输入状态相反．（√）
某同学可以从前门进教室，也可以经后门进教室，这体现了一种什么逻辑关系？
【提示】 该同学走前门或后门，都可以实现进入教室这一结果，这体现了“或”逻辑关系．
探讨1：
如果一个电路的两个开关同时闭合，电路中的用电器才能工作，此电路存在什么逻辑关系？
【提示】 “与”逻辑关系．
探讨2：
如果一个电路的两个开关任意闭合其中一个，电路中的用电器都能工作，此电路存在什么逻辑关系呢？
【提示】 “或”逻辑关系．
三种门电路的对比
门电路种类
类比电路图
逻辑关系
“与”门
两个开关都闭合是灯亮的充分必要条件，逻辑关系可示意为
＝C
“或”门
两个开关都闭合是灯亮的充分但不必要条件，逻辑关系可示意为
“非”门
逻辑关系表示为A⇒－C，C表示结果成立，－C表示结果不成立
如图284所示为三个门电路符号，A输入端全为“1”，B输入端全为“0”．下列判断正确的是（ ）
图284
A．甲为“非”门，输出为“1”
B．乙为“与”门，输出为“0”
C．乙为“或”门，输出为“1”
D．丙为“与”门，输出为“1”
【解析】 甲为“非”门，输出为“0”，乙为“或”门，输出为“1”，丙为“与”门，输出为“0”，故C正确．
【答案】 C
如图285所示，表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题．求：
【导学号：
96322050】
图285
（1）“与”门电路的输出电压Z随时间变化的关系；
（2）“或”门电路的输出电压Z随时间变化的关系．
【解析】
（1）对“与”逻辑关系，先作出A、B、Z的真值表，然后再确定输出Z与时间的变化关系．
A（UA）
B（UB）
Z
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
所以，UZ随时间变化如图所示：
（2）对“或”逻辑，先作出A、B、Z的真值表，然后再确定输出Z与时间的变化关系.
A（UA）
B（UB）
Z
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
所以，UZ随时间变化如图所示：
【答案】 见解析图
分析逻辑关系的基本思路
（1）明确什么是条件，什么是结果．
（2）看条件与结果的内在联系，即符合哪种门电路．
（3）根据门电路的特点写出真值表或逻辑表达式．
用二极管实现“与”电路和“或”电路 集成电路 “复合”门电路
1．用二极管实现“与”电路和“或”电路
“与”电路和“或”电路的逻辑关系可通过二极管来实现，“非”电路的逻辑关系可通过三极管来实现．其优点是：
速度快，可靠性高．
2．集成电路
集成电路是以半导体材料为基片，将组成电路的各种元件（如：
电阻、电容、二极管等）和连线集成在同一基片上，成为具有一定功能的微电路系统，这就是集成电路，它具有分立元件无可比拟的优点，主要优点有：
体积小、质量轻、可靠性高、运算速度快、成本低廉等．
3．“复合”门电路
由两个基本门电路组合在一起构成复合门电路，实现对电路的控制，在实际控制电路中较为常见．
1．集成电路技术的发展，已经成为一个国家电子技术发展的重要标志．（√）
2．集成电路的特点体积小，功能多，但专用性不强．（×）
为什么世界上很多国家都在研制集成电路？
【提示】 集成电路体积小、功能多、方便、可靠，适合系列化、标准化生产，它是一个国家电子技术发展的重要标志．
由两个基本门电路组合在一起的复合门电路的输出是怎样确定的呢？
【提示】 判断复合门电路的最终输出结果时，分析思路一般是“从前向后”，先分析第一个门电路的输出结果，再判断第二个，依此类推．
1．“与非”门：
一个“与”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个复合门电路，称为“与非”门，如图286所示．
可简化为
图286
其真值表为
输入
输出
输入
输出
A1
B1
Z1
A2
Z2
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
2.“或非”门：
一个“或”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个“或非”门，如图287所示．
可简化为
图287
其真值表为
输入
输出
输入
输出
A1
B1
Z1
A2
Z2
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
如图288所示，低电位报警器由两个基本门电路与蜂鸣器组成，该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报．其中（ ）
图288
A．甲是“与门”，乙是“非门”
B．甲是“或门”，乙是“非门”
C．甲是“与门”，乙是“或门”
D．甲是“或门”，乙是“与门”
【解析】 由“与门”和“非门”的真值表可知选项A错．由“或门”和“非门”的真值表可判断，选项B正确．由“与门”和“或门”的真值表可以判断，选项C错．由“或门”和“与门”的真值表可判断，选项D错．
【答案】 B
如图289所示为两个“非”门和一个“或”门组成的复合门电路，请在表中填写该门电路的真值表．
图289
输入
输出
A
B
Z
【解析】 由“非”门电路和“或”门电路的真值表可以确定此复合门电路的真值表如表所示：
输入
输出
A
B
Z
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
【答案】 见解析
复合门电路真值表的确定方法
如果A、B输入分别经过一个“非”门电路，它们各自的输出Z1、Z2又组成一个“与”门电路或“或”门电路的，最后输出Z，则Z的值直接取决于Z1、Z2.
学业分层测评（十四）
（建议用时：
45分钟）
1．逻辑电路的信号有两种状态：
一是高电位状态，用“1”表示；另一种是低电位状态，用“0”表示．关于这里的“1”和“0”，下列说法中正确的是（ ）
A．“1”表示电压为1V，“0”表示电压为0V
B．“1”表示电压为大于或等于1V，“0”表示电压一定为0V
C．“1”和“0”是逻辑关系的两种可能取值，不表示具体的数值
D．“1”表示该点与电源正极相连，“0”表示该点与电源负极相连
【解析】 门电路是用来控制信号的“通过”或“截断”的一种开关电路．根据指定条件，门电路对输入、输出的因果关系作出判断．门电路的输入、输出信号都以电位的高低来表示．若把高电位看做有信号，表示某个条件存在或信号能通过，且以符号“1”表示；把低电位看做无信号，表示某个条件不存在或信号不能通过，以符号“0”表示．这种逻辑关系称为正逻辑，反之则称为负逻辑．在通常情况下，不加说明的都指正逻辑，所以“1”和“0”只是两个符号，是两种变量的可能的取值．故C选项正确．
【答案】 C
2．在基本逻辑电路中，何种逻辑门电路当所有输入均为0时，输出是1
（ ）
A．“与”门电路B．“或”门电路
C．“非”门电路D．都不可能
【解析】 根据“与”门、“或”门、“非”门的真值表可知，C正确，A、B、D错误．
【答案】 C
3．走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为（ ）
A．“与”门电路B．“非”门电路
C．“或”门电路D．上述答案都有可能
【解析】 走廊两端的开关，只要满足其中1个为“1”，则输出端就为“1”，故满足Z＝A＋B，即体现了“或”逻辑，故C正确，A、B、D错误．
【答案】 C
4．热水器在使用时，只有在既没有熄灭指示灯又没有停水的情况下才能使热水器工作，这种情况若用逻辑关系来表示，属于哪种逻辑（ ）
【导学号：
96322147】
A．“与”逻辑D．“或”逻辑
C．“非”逻辑D．以上均不是
【解析】 由于要满足指示灯没熄灭、没停水两个条件，热水器才能工作，只要有任意一个条件不满足，热水器均不能工作，故为“与”逻辑关系．
【答案】 A
5．关于下列门电路的符号（如图2810所示），下列说法中正确的是（ ）
图2810
A．甲为“非”门、乙为“与”门、丙为“或”门
B．甲为“与”门、乙为“或”门、丙为“非”门
C．甲为“非”门、乙为“或”门、丙为“与”门
D．甲为“或”门、乙为“与”门、丙为“非”门
【解析】 三个门电路符号，甲为“非”门，乙为“或”门，丙为“与”门，故C正确．
【答案】 C
6．联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系（ ）
A．“与”门 B．“非”门
C．“或”门 D．“与非”门
【解析】 联合国规定，只要常任理事国有一个反对，提案就不能通过，这和“与”门的逻辑关系一致．
【答案】 A
7．请根据下面所列的真值表，从四幅图中选出与之相对应的一个门电路
（ ）【导学号：
96322148】
输入
输出
A
B
Z
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
【解析】 从真值表可看出不是单一的“与”、“或”关系，更不是单一的“非”关系，一定对应一个复合门电路，从真值表分析可得应为“与非”复合门电路，D选项正确．
【答案】 D
8．在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上（包括一名）副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号，试列出真值表．
【解析】 设甲、乙、丙三名裁判的裁判意见为逻辑变量A、B、C，裁判结果为Z，并且对于A、B、C设：
判上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．对于Z设：
上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．
根据题意及上述假
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